流域梯級(jí)電站群多目標(biāo)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度與多屬性風(fēng)險(xiǎn)決策.pdf

1、流域梯級(jí)水庫群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度受氣象循環(huán)、水文過程、發(fā)電控制、電網(wǎng)潮流、用水需求為等多種因素制約，是一類高維度、多目標(biāo)、強(qiáng)耦合的復(fù)雜非線性約束優(yōu)化問題，一直是水電能源科學(xué)與復(fù)雜性科學(xué)交叉發(fā)展的前沿研究領(lǐng)域之一。隨著我國水電能源的持續(xù)大規(guī)模開發(fā)，流域梯級(jí)水電能源系統(tǒng)規(guī)模與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，大型水利樞紐綜合利用要求也日益提高，從而給梯級(jí)水電站群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度帶來巨大挑戰(zhàn)。流域梯級(jí)電站間復(fù)雜的水力、電力耦合聯(lián)系以及不同調(diào)度目標(biāo)間的競爭與沖突關(guān)系

2、，使得傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度理論與方法已無法滿足大規(guī)模梯級(jí)水電能源系統(tǒng)整體優(yōu)化與水能資源高效利用的需求，亟需研究并發(fā)展新的優(yōu)化理論與方法。本文圍繞水電能源大規(guī)模開發(fā)背景下梯級(jí)水電站群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度決策問題，以梯級(jí)水電能源安全和高效利用為目標(biāo)，結(jié)合系統(tǒng)工程理論、現(xiàn)代智能優(yōu)化理論和多目標(biāo)決策理論，研究了梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度決策的先進(jìn)理論與方法，解決了制約優(yōu)化理論在復(fù)雜水電能源多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度實(shí)際工程應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，取得了一些有理論意義和工程實(shí)

3、用價(jià)值的研究成果。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新包括：
　　 ⑴針對(duì)流域梯級(jí)電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度決策變量多且相互耦合的特點(diǎn)，提出了適應(yīng)于多變量耦合優(yōu)化問題的文化差分進(jìn)化算法。該算法從群體空間和知識(shí)空間的構(gòu)造出發(fā)，以差分進(jìn)化算法為群體空間優(yōu)化驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并在知識(shí)空間中定義3 種知識(shí)結(jié)構(gòu)，以指導(dǎo)種群的進(jìn)化過程，避免了算法早熟收斂，提高了算法全局搜索能力；文化差分進(jìn)化算法應(yīng)用于梯級(jí)水電能源系統(tǒng)的實(shí)例研究結(jié)果表明，該算法能有效處理復(fù)雜約束條件且計(jì)

4、算速度快，為梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度實(shí)際工程問題的求解提供了一種有效的新方法。
　　 ⑵為有效求解多目標(biāo)優(yōu)化問題，結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化理論與方法對(duì)文化差分進(jìn)化進(jìn)行改進(jìn)、拓展和完善，首先提出了一種多目標(biāo)文化差分進(jìn)化算法。將優(yōu)化方案的形勢(shì)知識(shí)結(jié)構(gòu)視為外部檔案集，提出一種“1+μ”循環(huán)選擇方式對(duì)形勢(shì)知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更新和維護(hù)，提高了非劣解在非劣前沿的分布均勻性；進(jìn)而運(yùn)用Pareto 支配原理對(duì)差分進(jìn)化算法選擇操作進(jìn)行修正，使其能夠處理多目標(biāo)優(yōu)化

5、問題；數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果及其與多種流行多目標(biāo)優(yōu)化算法的對(duì)比分析表明，多目標(biāo)文化差分進(jìn)化算法能有效處理非凸、非連續(xù)、多模態(tài)的多目標(biāo)約束優(yōu)化問題，且非劣解集均勻分布于真實(shí)非劣前沿，是一種性能優(yōu)異的多目標(biāo)優(yōu)化方法。
　　 ⑶通過分析梯級(jí)電站群各調(diào)度目標(biāo)間的競爭與沖突關(guān)系，研究并建立了均衡考慮上下游及大壩防洪安全的水庫多目標(biāo)防洪優(yōu)化調(diào)度模型以及兼顧梯級(jí)電站發(fā)電效益和容量效益的多目標(biāo)發(fā)電調(diào)度模型，并運(yùn)用提出的MOCDE算法對(duì)模型進(jìn)行求解，獲

6、得一組滿足實(shí)際工程需求的非劣調(diào)度方案集，解決了梯級(jí)電站群多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度方案快速生成的難題，為三峽梯級(jí)防洪、發(fā)電調(diào)度決策提供了數(shù)據(jù)支撐；此外，研究了水火電混聯(lián)系統(tǒng)的短期多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度問題，提出了系統(tǒng)負(fù)荷平衡約束處理的動(dòng)態(tài)調(diào)整策略，仿真研究結(jié)果驗(yàn)證了MOCDE的合理性和高效性。
　　 ⑷研究并發(fā)展了梯級(jí)水電能源系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析和多屬性風(fēng)險(xiǎn)決策的理論與方法。將預(yù)報(bào)入庫徑流擬合為服從正態(tài)分布的白噪聲隨機(jī)變量，運(yùn)用蒙特卡洛模擬方法研究了徑流不

7、確定條件下梯級(jí)電站群的防洪、發(fā)電風(fēng)險(xiǎn)分析問題，并將最高水位、最大下泄流量、末水位、年發(fā)電量、最小出力等調(diào)度目標(biāo)值描述為有限區(qū)間內(nèi)服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量，建立了含有隨機(jī)變量的風(fēng)險(xiǎn)型多屬性調(diào)度決策模型；提出了基于相對(duì)優(yōu)勢(shì)可能度和綜合賦權(quán)的多屬性風(fēng)險(xiǎn)決策方法，突破了傳統(tǒng)確定性決策方法難以有效處理隨機(jī)決策變量的瓶頸；該方法運(yùn)用主客觀綜合賦權(quán)的方法確定屬性權(quán)重，并改進(jìn)了隨機(jī)變量相對(duì)優(yōu)勢(shì)度的計(jì)算方法；最后通過三峽梯級(jí)的實(shí)例研究，驗(yàn)證了風(fēng)險(xiǎn)分析模型和